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为优化种植结构、促进农业水资源的可持续发展,考虑到种植业中的多用户和多层次问题,建立双层多目标规划模型.将该模型应用到黑河中游甘州区、临泽县和高台县种植结构优化管理中,采用模糊目标规划算法得到最优种植方案.结果表明:优化后的夏禾、秋禾和经济作物的种植比例为20.7∶59.9∶19.4,经济作物的种植比例得到增加.进一步通过上下层之间的隶属度大小关系比较,发现下层决策者对上层决策者存在着制约和共同影响的作用.模型能够兼顾整体与局部决策者以及各目标之间的关系,为当地种植结构调整提供合理的决策依据.